Способ получения водорода из углеводородного газа

 

Использование: в производстве водорода. Сущность изобретения: углеводородный газ подвергают паровой конверсии. Полученный газ, содержащий водород и оксид углерода, подают на конверсию оксида углерода. Конвертированный газ охлаждают, отделяют от него конденсат, а затем диоксид углерода. После этого газ очищают от примесей методом короткоцикловой адсорбции с получением водорода. Адсорбент подвергают регенерации продувкой частью полученного водорода с получением газов регенерации, подаваемых на стадию конверсии оксида углерода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам получения водорода и может использоваться в химической, металлургической и других отраслях промышленности, например для получения защитного газа для термообработки металлургических изделий.

Известен способ получения водорода из углеводородного газа, включающий паровую конверсию углеводородов, конверсию оксида углерода, охлаждение газа и выделение водорода из конвертированного газа очисткой от оксидов углерода и метана короткоцикловой адсорбцией (КЦА), регенерацию адсорбента продувкой частью водорода с получением газов регенерации и возврат их на стадию паровой конверсии метана [1] К недостаткам способа относятся: относительно низкая степень превращения метана; повышенный расход пара; повышенный расход энергии на конверсию метана и нагрев газов регенерации; дополнительный расход энергии на сжатие газов регенерации до давления парогазовой смеси до возвращения их на конверсию.

Более близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения аммиака [2] включающий паровую конверсию углеводородного газа, конверсию окиси углерода, очистку газа от оксидов углерода и метана адсорбцией, регенерацию адсорбента продувкой частью водорода с получением газов регенерации, сжигание газов регенерации или очистку их от диоксида углерода и возврат очищенного газа на стадию паровой конверсии метана, очистку продуктов сжигания от кислорода и окислов азота гидрированием и короткоцикловой адсорбцией от CO₂.

Недостатками способа являются: относительно низкая степень превращения метана; повышенный расход пара; повышенный расход энергии на парообразование; дополнительный расход энергии на сжатие газов регенерации, возвращаемых на конверсию метана до давления парогазовой смеси.

Задача изобретения повышение эффективности получения водорода за счет снижения расхода водяного пара и углеводородного газа, снижение выбросов газов регенерации в окружающую среду.

Это достигается тем, что в способе получения водорода из углеводородного газа газы регенерации из короткоцикловой адсорбции возвращают на стадию конверсии оксида углерода, а выделенный конденсат возвращают на конверсию углеводородов, причем конверсионные стадии ведут при давлении, близком к атмосферному, а адсорбционные при давлении 15 30 ата.

Для реализации предлагаемого способа получения водорода из углеводородного газа, включающего паровую конверсию углеводородного газа, конверсию оксида углерода, охлаждение конвертированного газа и удаление из него конденсата, выделение из конвертированного газа диоксида углерода и очистку водорода от примесей короткоцикловой адсорбцией при давлении 15 30 кгс/см², регенерацию адсорбента продувкой частью продуктового водорода с получением газов регенерации и возвратом их на стадию паровой конверсии, газы регенерации из короткоцикловой адсорбции возвращают на стадию конверсии оксида углерода, а выделившийся конденсат возвращают на конверсию углеводородов путем сатурации.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

Она включает линии подвода 1 природного газа и 2 водорода к теплообменнику 3, последовательно соединенному с аппаратом 4 сероочистки, сатуратором 5, теплообменником 6, конвертором метана 7. Аппарат 8 конверсии CO последовательно соединен с теплообменником 9, конденсатором 10, компрессором 11, аппаратом 12 очистки от CO₂ и блоком КЦА 13. Аппарат 7 конверсии метана соединен с аппаратом 8 конверсии CO через теплообменники 6 и 3, сатуратор 5 с теплообменником 9, а теплообменники 9 и 10, аппарат 12 выделения CO₂ и блок КЦА 13 соединены линией 14 с газодувкой 15.

Способ реализуется следующим образом. В линию подвода природного газа 1 (давление 1,7 ата) добавляют по линии 2 водород, нагревают в теплообменнике 3 до 380^oC, подвергают сероочистке в аппарате 4, насыщают парами воды в сатураторе 5, добавляют необходимое по балансу количество перегретого пара. Парогазовую смесь нагревают в теплообменнике 6 до 540^oC и направляют в конвертор 7 метана. Конвертированный газ охлаждают от 750^oC последовательно в теплообменниках 6 и 3 и направляют на конверсию оксида углерода в аппарат 8. Газ из конвертора 8 оксида углерода охлаждают в теплообменнике 9 до 100^oC и направляют в конденсатор 10. Выделившийся конденсат нагревают в теплообменнике 9 за счет охлаждения газа и возвращают в сатуратор 5. Охлажденный конвертированный газ сжимают в компрессоре 11 до 18 ата, направляют в адсорбер 12 для выделения углекислоты, которая является товарным продуктом. Газовую смесь, содержащую водород, CO, метан и азот с остатками углекислоты, направляют в блок 13 короткоцикловой адсорбции (КЦА) для выделения чистого (99,99% ) водорода. Примеси поглощаются адсорбентом. Десорбцию проводят за счет сброса давления с последующей продувкой адсорбента частью полученного водорода. Газы десорбции с помощью газодувки 15 направляют в аппарат 8 конверсии оксида углерода.

Возврат газов регенерации на конверсию оксида углерода позволяет снизить энергозатраты за счет уменьшения тепловой и газовой нагрузки на аппарат конверсии метана.

Адсорбционная очистка конвертированного газа от диоксида углерода и паров воды перед КЦА позволяет получить товарный диоксид углерода; снизить нагрузку на блок КЦА; вернуть газы регенерации из блока КЦА на конверсию.

Ведение паровой конверсии при давлении, близком к атмосферному, повышает степень превращения метана, что позволяет вернуть газы регенерации из блока КЦА в конвертор оксида углерода.

Включение в схему сатуратора позволяет существенно снизить расход пара на процесс и исключить из схемы котлы-утилизаторы.

Формула изобретения

1. Способ получения водорода из углеводородного газа, включающий паровую конверсию углеводородного газа с получением газа, содержащего водород и оксид углерода, подачу полученного газа на конверсию оксида углерода, охлаждение конвертированного газа с отделением из него конденсата, выделение из конвертированного газа диоксида углерода, очистку полученного при этом газа от примесей методом короткоцикловой адсорбции при повышенном давлении с получением водорода, регенерацию адсорбента продувкой частью полученного водорода с получением газов регенерации, отличающийся тем, что короткоцикловую адсорбцию ведут при давлении 15 30 кгс/см², а газы регенерации после короткоцикловой адсорбции направляют на стадию конверсии оксида углерода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводородный газ перед подачей на паровую конверсию насыщают конденсатом путем сатурации.

РИСУНКИ

Рисунок 1